提高激光器的抗COD能力—无杂质空位诱导混合技术

为了提高激光器的抗COD能力，常用的一个手段是无杂质空位诱导混合技术，该方法主要是简单。

激光器的原理和结构示意图如下：

要想在出光面有好的抗COD能力，

在芯片的AR面前端做非吸收窗口。

无杂质空位诱导量子阱混合(IFVD – Impurity Free Vacancy Disordering） 是目前出现的量子阱混合技术中最简单的一种。 IFVD多采用在Ⅲ-Ⅴ族化合物晶体表面覆盖一层介质膜然后在 800℃-1000℃的高温下进行快速退火的方法来诱导混合。 最常用的介质膜是SiO2， 而一些其它的介质膜如SrF2、Si3 N4 等则多被用于掩蔽混合。

基于 IFVD 技术的理论研究还比较少， 大多数人认为 IFVD 的机制是 Ga 在一些介质膜如 SiO2 中的扩散速率较高， 在高温退火时， 晶体表面的 Ga 原子向介质膜中扩散， 因而在晶体中留下了 Ga 空位，这些空位向晶体内部扩散并导致了量子阱组分的互扩散。而其它一些介质膜如 SrF 2 等则能够相对抑制Ga 原子向外扩散， 使晶体中的 Ga 空位较少， 因而抑制了混合。

在IFVD中影响混合的因素有介质膜的材料、 厚度、 应力及淀积方法等， 同时一个不能忽略的因素是费米能级效应， 但到目前为止还没有一个综合考虑各种因素的模型。以SiO 2 为例， 我们知道Ga在SiO 2中有较快的扩散速率， 而SiO 2 是一种比较疏松的介质， 因此Ga在这种介质中的固溶度也比较高。 

SiO 2的疏松性取决于它的淀积方法， 如果SiO 2 中氧含量较高， 介质膜就较为疏松。另外一个重要的因素是介质与GaAs表面之间的应力。GaAs的热膨胀系数约为SiO 2 的 10 倍左右， 在退火过程中， GaAs表面将受到压应力的作用， 而Ga原子向外扩散则有助于缓解这个应力，  SiO 2 本身就是一种疏松的物质， 在GaAs表面对它施加的巨大张应力作用下， SiO 2 的结构可能被破坏而变得更加疏松， 这进一步促进了Ga原子向外扩散。

虽然As原子也会向SiO 2 内部扩散， 但与Ga原子相比， As在SiO 2 中的扩散速率是非常小的。退火方式对Ga的外扩也有一定影响， 在同样的退火温度下， 使用升温速度很快的快速退火时， Ga原子的外扩速率较普通的炉内慢退火要大， 这进一步说明了 应力对Ga外扩速率的影响， 因为快速退火时SiO 2 与GaAs界面会产生更大的应力。

另外， 如果SiO 2 厚度较大， 量子阱混合程度也较大，这个现象被归因于Ga在SiO 2 中达到了饱和浓度， 如果Ga饱和， 则不会有更多的Ga原子向外扩散， 量子阱混合程度也不会再增强；而较厚的介质膜则能够容纳更多的Ga原子， 从而产生较多的空位来诱导混合。同时， 较厚的SiO 2 在GaAs表面产生的应力也比较大， 因此有助于Ga原子向外扩散。

与 SiO 2 相比，其它介质如 SrF 2 、 SiN 等， Ga 原子在其中的扩散速率很小， 同时它们的热膨胀系数和GaAs也出不多，因此在退火过程汇总产生的应力就较小。SRF2施加在GaAS表面的应力是张应力，因此也可以作为IFVD的掩蔽材料。

常用的SiN和GaAs的热膨胀系数的差别虽然较SiO2和GaAs的差别要小的多， 但ＳｉＮ是一种较为致密，退火容易起泡炸裂，而且PECVD做的SiN内部含H多，退火过程容易挥发导致SiN鼓泡。可以先在450℃的氮气环境下退火2小时，让H挥发一下。

如何用好SiO2和SiN做IFVD不知道大家有什么好的想法没。

审核编辑：刘清